非金属制承压设备分类形式的几点思考*

辛明亮, 郑伟义, 李茂东, 王　晓, 马建萍

(1 广州特种承压设备检测研究院,广东　广州　510663；2 国家塑料制品质量监督检验中心(福州),福建　福州　350002)



化工机械

非金属制承压设备分类形式的几点思考*

辛明亮1, 郑伟义2, 李茂东1, 王晓1, 马建萍1

(1 广州特种承压设备检测研究院,广东广州510663；2 国家塑料制品质量监督检验中心(福州),福建福州350002)

与金属分类体系不同，非金属分类体系还不清晰，给非金属制承压设备标准制定过程中带来不便。本文从材料分类出发，对比了金属材料与非金属材料的分类特点，给出商品化应用程度高的聚乙烯燃气管道和玻璃钢制承压设备在分类体系中的层次。明确非金属制承压设备分类形式，规范分类体系将有助于规范非金属制压力容器标准框架的制定，提高并规范本专业内的系列标准。

非金属; 分类体系; 金属; 无机非金属

国家质检总局2016年2月22日批准TSG 21-2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》(以下简称《大容规》)，2013年国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局下达制订《大容规》的立项任务书，旨在形成关于固定式压力容器的综合规范。在此《大容规》规定的适用范围里将塑料压力容器排除在外，材料部分设计到的非金属材料有：石墨压力容器材料和纤维增强塑料压力容器材料[1-5]。本文探讨的内容正是在此《大容规》的基础上，介绍几种非金属承压设备分类形式的现状以趋势。

非金属承压设备不同于金属承压设备，具有耐腐蚀、使用寿命长、质轻、维护简单、综合成本低等特点，逐步有取代金属的趋势，尤其是在市政管网领域。非金属材料包括无机非金属材料、复合材料和高分子材料三类，其中复合材料在承压设备中应用相对广泛，因此，复合材料也在《大容规》中占有较大比重。

由于非金属制承压设备的应用时间较短，缺乏必要的基础数据和试验数据支撑，存在标准明显滞后的现状，尤其是整体性的把控非金属制承压设备标准体系制定，造成目前国内相应标准重复制定，标准层次不明进而制约了非金属制承压设备的发展应用。

1　无机非金属材料分类相对成熟

在材料科学发展过程中，无机非金属材料愈来愈受到人们的重视，它与金属材料、高分子材料，构成材料科学的三大支柱，我无机非金属材料占材料科学中的一大部分，近年来世界各国都极为重视对它的研究、发展和应用。我国非金属矿产品及非金属制品资源丰富，种类繁多，在国民经济和生产生活中发挥出来越重要的作用[6]。

从定义上看，无机非金属材料的家族庞大复杂，但如果按一定的规律分类的话，却非常简单；按分子结构来分类，可分为：晶体和非晶体。按化学成分来分，可分为：单质和化合物。按其功能来分，可分为：工程材料和功能材料。非金属制承压设备中现行的材料有石墨设备、陶瓷设备还有少量的无机非金属复合的设备。

从以上的分类可以看出，无机非金属材料包含的内容是非常丰富的，而且用途十分广泛，几乎可以说无所不在，包罗万象[7]。

纳米材料机构的特殊性，在很多领域得到应用，无机非金属纳米材料在21世纪已初放光芒，成为具有决定性作用的技术之一，备受各国科学家关注。用纳米级超细原料制造的陶瓷材料，由于纳米级颗粒具有高的比表面积，其烧结动力学将发生很大变化，可在很低温度和很短的时间内完成烧结过程，甚至于可以用化学结合法制造陶瓷而不用烧结。人类文明和进化往往是由新材料的发展和应用带来的，也是其这个时代的象征，无机非金属材料的发展已远远超出其自身的范畴，它关系到各个科学领域的发展和新产品、新技术的革新，它将为材料科学的发展，发挥它更大的作用。

2　非金属承压设备分类局部清晰，整体混乱

在非金属承压设备分类中，塑料制品的分类方法已经相当清晰。塑料制品根据材质分类已经是约定俗称，在制品底部会有一个三角形的符号。1～7的数字在三角形中间，每个编号代表一种塑料容器，它们的制作材料不同，使用禁忌上也存在不同[8]。

复合材料成为非金属材料一大类材料，可制备各向异性和各向同性材料，在很多承压设备中得到应用。由两种或两种以上不同材料组合而成的工程材料称之为复合材料。复合材料有多种分类方法，根据使用性能不同，有结构复合材料和功能复合材料等；按照材料的结构特点可分为纤维增强复合材料、层叠结构复合材料、细粒增强复合材料和骨架增强复合材料；根据基体材料类型分类有树脂基复合材料、金属基复合材料、无机非金属复合材料等；依据分散体的形态种类分类有连续纤维增强复合材料、纤维织物和编织体增强复合材料、片状材料增强复合材料、短纤维或晶须增强复合材料、颗粒增强复合材料等；按照增强纤维类型分类有碳纤复合材料、玻璃纤维复合材料、高分子纤维复合材料、无机陶瓷纤维复合材料等；依据其两者组成可分为金属和金属复合材料、金属和非金属复合材料、非金属和非金属复合材料；根据制造方法差异可分为纤维强化型复合材料、高分子复合材料、陶瓷系复合材料[9]。

防腐蚀压力管道元件分类，主要包含有按照加工工艺分类，内外涂敷、内衬防腐蚀材料压力管道元件以及搪玻璃压力管道元件3大类。

研究建立防腐蚀压力管道元件标准分类体系，保障了我国与国外标准要求的步调一致，为行业产品质量、在用防腐蚀压力管道元件系统性能评价与风险评估及预防提供了技术支撑和技术服务，为行业构建科技支撑体系作出了贡献，而对于规范产品市场、推动产业健康发展和转型升级，促进经济社会“安全发展、节约发展”具有重要作用[10]。

以提升产品质量和技术水平，满足应用需求为目标，以广大特检，质检单位为主题，聚焦非金属制承压设备压力管道及压力容器在产品、方法、专用材料、专用工艺和装备和综合技术基础等主要领域，统一筹划、明确责任，增强相关标准的制(修)订工作，建立、健全并优化非金属制承压设备标准框架体系，推动我国非金属制承压设备产业的健康可持续发展。

非金属制承压设备分类体系，从材质分为进行一级分类，分为：塑料制、衬里及涂层制、陶瓷及玻璃制、复合塑料和合金塑料制。塑料制设备按照材料性能，又可分为热塑性塑料和热固性塑料；衬里及涂层制设备分为衬里制和涂层制；复合塑料分为钢塑制和增强塑料制。衬里制根据衬的材料分为：衬塑、衬玻璃和衬石墨；涂层制也可分为：涂塑和涂玻璃(搪玻璃)。

目前，在国内非金属制压力容器的应用过程中，存在着制造标准杂乱无章、产品质量收到标准不统一，不能很好的约束，形成制品良莠不齐、设计过程无依据、产品出厂及内部检验技术和方法相互交叉、不完善等问题，严重影响非金属制压力容器的推广和应用。

为了进一步规范标准市场，有必要为非金属制压力容器在产品制造、设计过程、产品检验、施工与验收、使用及维护中涉及的技术要求和方法，建立完备而统一的标准框架体系，就显得尤为重要。通过标准框架体系的建立，逐步规范产品市场，提高非金属制压力管道的应用技术水平。同时，根据目前非金属制压力容器应用标准的情况，结合国家对特种设备安全监管的要求，有必要适时提出非金属承压设备系列标准的框架的相关标准，建立起支撑国家压力容器规程、支撑国家标准，为了特种设备产品安全的支撑与依据体系。

非金属制承压设备标准化分类体系，非金属制承压设备标准化技术体系按照层次序列分(X方向)、按照产品分类分(Y方向)、按照材料分(Z方向)。

非金属制承压设备标准化技术体系按照层次序列分为：综合技术基础标准、产品标准(化工设备、燃气设备、民用设备)、方法标准(检验、试验和检测方法)、专用材料标准、专用工艺和装备(及软件)标准等5大子体系。

非金属制承压设备的“非金属”分为：聚烯烃(除碳氢外不含其它元素的高分子)、含氟类、含氯类、工程塑料、纤维复合材料、橡胶、陶瓷、玻璃、石墨等。

非金属制承压设备包括压力容器和压力管道，其中，“压力容器”分为：塔式、卧式、球型储罐、反应釜、槽、换热器，“压力管道”分为：管材、管件、阀门、配件。宏观上讲，压力管道也可叫做管状压力容器。

图1　非金属制承压设备各级关系

近年来，由于聚乙烯燃气管道，和玻璃钢制品的大量应用，研究人员将此类产品与其上一级分类，材料门类评级导致概念不清，给科学研究和交流带来不必要的麻烦，单从材料这一门类分见下图1。其中，聚乙烯燃气管道属于第七级，玻璃钢制品属于玻璃纤维增强热固性材料同样属于第七级，同时，石墨容器属于材料下属无机非金属下面的单质材料里面的石墨也属于第七级。

3　今后工作重点

3.1进一步加强标准制定工作

标准是指导生产和控制质量，保证安全运行的保障，系统的制定非金属制承压设备的标准体系，建立完善的联盟标准系统，对今后国内产品的质量提高以及提高国际竞争力都有着深远的影响。我国现在正处于改革的攻坚阶段，在标准制定方面一定要把握住世界的脉搏，紧跟时代潮流，并根据我国国情做出相应的调整，使得我国的标准制定工作更上一个新台阶。同时，相关标准人才的培养也需各级政府和企事业单位提高认识，给相关科技人员提供优越的研究环境。

3.2加强标准宣传和培训

标准制定后的宣贯是标准推广的重要手段，标准体系的建立更需要全体相关企事业单位的大力支持和配合，通过国家、行业、联盟等各级团体相互配合提高标准的认知及推广。在人员培训方面，加强标准宣贯队伍的人员素质及标准领悟深度也将决定标准推广成功与否的重要指标。企业通过宣贯和培训，将最大限度用好现有标准，提高相关企业贯彻执行标准的自觉性，促进企业制造产品的质量和技术水平的提升。

4　结　语

现阶段标准管理力度相对“软”，标准体系整体结构“乱”，标准水平较“低”。为响应国家《深化标准化工作改革方案》的号召，系统分析现阶段非金属承压设备分类的不足及提出改进意见，有助于整体提高科研人员认识，促进分类标准的完善。

构建非金属承压设备系列标准的框架的目的是用来促进非金属压力制容器标准表述的一致，为供需双方交流提供一个共同语言，引导标准制定单位参照本框架制定的分类标准完善、补充非金属制压力容器系列标准。

非金属承压设备分类体系的制定有助于提高非金属制压力容器系列标准的系统性；有利于使用单位更好、更便捷的检索需要的对应标准，降低引用标准的冲突风险；有利于监管部门参照制定相应法律，监管有据可依，提高特种设备安全性。

[1]邵铁军. 我国压力管道监督检验现状探讨[J]. 创新科技,2013(12):84-85.

[2]朱玉明. 声发射技术在大型压力容器检验中的应用研究[D].南京:南京林业大学，2006.

[3]郑新兵,罗广辉,何宇蓉. 固定式压力容器新旧分类方法的对比[J]. 石油化工设备技术，2010，31(05):37-40,31.

[4]马连强,陈萍. 化工设计中如何确定介质的毒性危害程度[J]. 化工设计，2010,20(02):14-16.

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[7]张雯，高兴华，梁金生. 现代无机非金属材料的分类与构成[J]. 中国陶瓷，1996，32(06):36-39.

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[10]李茂东,吴文栋,张术宽,等. 防腐蚀压力管道元件标准体系现状与建设规划[J]. 化工生产与技术，2014,21(06):48-52,12.

Some Insights on the Classification and Representation of Non-metallic Pressure Equipments*

XIN Ming-liang1, ZHENG Wei-yi2, LI Mao-dong1, WANG Xiao1, MA Jian-ping1

(1 Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute,GuangdongGuangzhou510663; 2FujianofNationalQualitySupervisionandInspectionCenterofPlasticProducts,FujianFuzhou350002,China)

Unlike classification system of metal, non-metallic classification system is still not clear, non-metallic system for pressure equipments in the process of establishing standard bring inconvenience. Based on material classification, the classification characteristics of metal materials and nonmetal materials were compared, high degree of commercialization application of PE gas pipeline and glass steel pressure equipments of hierarchy in the classification system were given. Clarified system of nonmetallic pressure equipments classification form, the standard classification system will help standard non-metallic system framework for the establishment of pressure vessel standards, improve and standardize the series standard in the professional.

non-metallic; classification; metallic; inorganic non-metallic material

广州市科技计划项目(201504300806303, 201509010017)；广州市质量技术监督局科技项目(2014KJ16)。

辛明亮(1985-)，博士，主任，工程师，从事塑料管道材料研发与检测技术研究。

郑伟义, 从事非金属特种设备标准及检查研究。

TH49

A

1001-9677(2016)016-0170-03